社会福祉マネジメント学会

研究成果報告書【研究成果報告書】

身体運動特徴に基づく「幼児の ASD 様行動傾向」
客観的評価系の開発のための予備的検討
土居裕和 1,2、船渡和男 3、平野智也 31

長岡技術科学大学 技学研究院
2 国士舘大学理工学部

3 国士舘大学大学院スポーツ・システム研究科

１．背景
自閉スペクトラム症（ASD; Autism Spectrum Disorder）児は発達初期から非定型的な身体運動パターンを呈する可能性が示唆されている(Esposito et al, 2009)。したがって身体運動特徴量の定量化により、ASD の早期スクリーニングを行える可能性がある(Doi et al, 2022)。
しかし、ASD の身体運動特徴に関する先行研究の大半は、ASD と定型発達者との間で身体運動を比較するにとどまっており、ASD 特異的な身体運動特徴が解明されたとは言い難い状況にある。本研究では、身体運動特徴量を手掛かりとした ASD 傾向の客観的評価系開発のための予備的検討として、ASD 児と、ASD と類似した症状を呈することが多いダウン症 (DS; Down Syndrome)児(Kent et al, 1999)を対象として、モーションキャプチャによる身体動作の 3 次元計測を実施した。

２．方法
2-1. 研究対象者
ASD 男児 1 名（10.6 歳, 身長 134.5cm, 体重 27.6kg）と DS 男児 1 名（12.5 歳, 身長 131.0cm,体重 42.3kg）に、保護者のインフォームド・コンセントと本人のインフォームド・アセントを得たうえで、研究に参加してもらった。本研究のプロトコルは、国士舘大学の倫理委員会により承認を得ている。

2-2. 計測方法
研究対象者の身体各部に、39 個の赤外線反射マーカーを貼付した。その上で、国士舘大学に設置された 3 次元モーションキャプチャ装置を用いて、普段歩いているスピードで歩いてもらった際のマーカーの三次元座標を 100Hz のサンプリング周波数で測定した。

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2-3. 分析方法
2-3-1. 前処理
Nexus ソフトウェアを用いてデータ前処理を行った。赤外線マーカー座標の時系列データを、4 次のバタワース型ローパスフィルター10Hz で平滑化した後、Plugin Gait Full Body モデルに基づき，体を頭部・胸郭（体幹）・骨盤・上腕（左右）・前腕（左右）・手（左右）・大腿（左右）・下腿（左右）・足（左右）の合計 15 個のセグメントの運動を推定した。

2-3-2. 相対運動データの切り出しと時空間標準化
左右上前腸骨棘（ASI）の中点を原点とし、各部の原点に対する相対運動を算出した。その後、各研究対象者のデータから、定常状態に達した 2 ステップ分の歩行データを切り出した。
ASD 児と DS 児で、切り出した相対運動データの長さが異なっていた（ASD 児: 1.97 秒, DS 児:2.12 秒）。このため、相対運動時系列のデータ・ポイント数が 1000 ポイントになるよう、スプライン補間により、リサンプリングした。また、各軸方向の座標値を、平均値とレンジを用いて標準化した。

2-3-3. 運動スピード・加速度の算出リサンプリングした相対運動時系列データを基に、左右足首の運動軌跡と、運動スピード・加速度の時系列を算出した。運動スピードは、3 次元座標の時間ポイント間差分ベクトルのノルムである。
加速度は、運動スピードの時間ポイント間差分を取ることで計算した。運動スピード・加速度時系列は、平均値とレンジを用いて標準化した。

3. 結果
図 1 に左右足首の運動軌跡を示す。運動軌跡自体には、明らかな差異は見出されなかった。

図 1. (左)：床面に投影された運動軌跡、（右）: y-z
平面に投影された左足首（上）と右足首（下）の運動軌跡

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図 2・3 に左右足首の y 軸方向の位置と足首の速さ・加速度の時系列変化を示す。ASD 児では、左足首の y 軸に沿った運動方向が変化する前後において、運動スピード・加速度時系列に、DS児よりも明瞭なピーク（図中の矢印）が観察された。

図 2. 左足首運動の y 方向成分（上段）・運動スピード（中段）・加速度（下段）の時系列変化。 赤線は ASD児、青線は DS 児。矢印は、y 軸に沿った運動方向が変化する前後に現れる、運動スピード・加速度のピーク位置を示している。

図 3. 右足首運動の y 方向成分（上段）・運動スピード（中段）・加速度（下段）の時系列変化。 赤線は ASD児、青線は DS 児。矢印は、y 軸に沿った運動方向が変化する前後に現れる、運動スピード・加速度のピーク位置を示している。

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次に、運動スピード・加速度時系列の差異を検証するため、右足首・左足首の対応する時間区間における時系列データの相加平均を計算した。その結果を、図 4・5 に示す。ASD 児において、足首運動の速さと加速度の変化が、より明瞭にみとめられた。

図 4. 運動スピード時系列の相加平均計算に用いた個別の時系列データ（左）と、運動スピード時系列の相加平均（右）。矢印は ASD 児に顕著にみられたピーク位置を示している。

図 5. 加速度時系列の相加平均計算に用いた個別の時系列データ（左）と、運動スピード時系列の相加平均（右）。矢印は ASD 児に顕著にみられたピーク位置を示している。

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4. 結語
本研究では、身体運動特徴量を手掛かりとした ASD 傾向の客観的評価系開発のための予備的検討として、ASD 児と DS 児の歩行動作特徴を、モーションキャプチャによる 3 次元身体動作計測により比較した。その結果、ASD 児においては、y 軸に沿った運動方向の変化前後に、左右足首の運動スピード・加速度時系列のピークが、DS 児よりも明瞭に観察された。足首の運動は、安価な加速度センサーにより容易に計測することが出来る。したがって、本研究の知見を活用することで、足首の運動を生じる股関節・膝関節運動に着目して、ASD と DS とを識別するための、新たなデバイスを開発できる可能がある。
本研究は、体重が大きく異なる児 1 名ずつを比較した定性的な予備研究に過ぎない。今後は、より多くの人数の児を対象に、本研究で得られた知見の一般性・妥当性を検証する必要がある。また、本来の目的である ASD 傾向の定量評価のためには、定型発達児における足首運動の標準データを集積し、それとの比較を行う必要がある。
引用文献
Esposito, G., Venuti, P., Maestro, S., Muratori, F. (2009) “An exploration of symmetry in early autism
spectrum disorders: analysis of lying.” Brain and Development Vol. 31(2), pp. 131-8.
Doi,H., Iijima, N., Furui, A., Soh, Z., Yonei, R., Shinohara, K., Iriguchi, M., Shimatani, K., & Tsuji,
T. (2022). "Prediction of autistic tendencies at 18 months of age via markerless video analysis of
spontaneous body movements in 4-month-old infants" Scientific Reports Vol. 12(1), art.no. 18045.
Kent, L., Evans, J., Paul, M., Sharp, M. (1999). “Comorbidity of autistic spectrum disorders in children
with Down syndrome.” Developmental Medicine and Child Neurology Vol. 41(3), pp. 153-85